Программа пишется в виде исходного модуля.

Основы программирования

Программа — это данные, предназначенные для управления конкретными компонентами системы обработки информации (СОИ) в целях реализации определенного алгоритма.

Программное обеспечение (ПО) — совокупность программ СОИ и программных документов, необходимых для их эксплуатации .

ПО — это программы, предназначенные для многократного использования и применения разными пользователями.

Свойства ПО

Необходимость документирования

По определению программы становятся ПО только при наличии документации. Конечный пользователь не может работать, не имея документации. Документация делает возможным тиражирование ПО и продажу его без его разработчика. Ошибкой в ПО является ситуация, когда программное изделие функционирует не в соответствии со своим описанием, следовательно, ошибка в документации также является ошибкой в программном изделии.

Эффективность

ПО, рассчитанное на многократное использование (например, ОС, текстовый редактор) пишется и отлаживается один раз, а выполняется многократно. Таким образом, выгодно переносить затраты на этап производства ПО и освобождать от затрат этап выполнения, чтобы избежать тиражирования затрат.

Надежность

В том числе:

- Тестирование программы при всех допустимых спецификациях входных данных

- Защита от неправильных действий пользователя

- Защита от взлома — пользователи должны иметь возможность взаимодействия с ПО только через легальные интерфейсы.

Появление ошибок любого уровня не должно приводить к краху системы. Ошибки должны вылавливаться диагностироваться и (если их невозможно исправить) превращаться в корректные отказы.

Системные структуры данных должны сохраняться безусловно.

Сохранение целостности пользовательских данных желательно.

Возможность сопровождения

Возможные цели сопровождения — адаптация ПО к конкретным условиям применения, устранение ошибок, модификация.

Во всех случаях требуется тщательное структурирование ПО и носителем информации о структуре ПО должна быть программная документация.

Адаптация во многих случаях может быть передоверена пользователю — при тщательной отработке и описании сценариев инсталляции и настройки.

Исправление ошибок требует развитой сервисной службы, собирающей информацию об ошибках и формирующей исправляющие пакеты.

Модификация предполагает изменение спецификаций на ПО. При этом, как правило, должны поддерживаться и старые спецификации. Эволюционное развитие ПО экономит вложения пользователей.

Этапы подготовки программы

При разработке программ, а тем более — сложных, используется принцип модульности, разбиения сложной программы на составные части, каждая из которых может подготавливаться отдельно. Модульность является основным инструментом структурирования программного изделия, облегчающим его разработку, отладку и сопровождение.

Программный модуль — программа или функционально завершенный фрагмент программы, предназначенный для хранения, трансляции, объединения с другими программными модулями и загрузки в оперативную память.

При выборе модульной структуры должны учитываться следующие основные соображения:

- Функциональность — модуль должен выполнять законченную функцию

- Несвязанность — модуль должен иметь минимум связей с другими модулями, связь через глобальные переменные и области памяти нежелательна

- Специфицируемость — входные и выходные параметры модуля должны четко формулироваться

Программа пишется в виде исходного модуля.

Исходный модуль (ИМ)— программный модуль на исходном языке, обрабатываемый транслятором и представляемый для него как целое, достаточное для проведения трансляции.

1. Первым (не для всех языков программирования обязательным) этапом подготовки программы является обработка ее Макропроцессором (или Препроцессором). Макропроцессор обрабатывает текст программы и на выходе его получается новая редакция текста. В большинстве систем программирования Макропроцессор совмещен с транслятором, и для программиста его работа и промежуточный ИМ «не видны».

Следует иметь в виду, что Макропроцессор выполняет обработку текста, это означает, с одной стороны, что он «не понимает» операторов языка программирования и «не знает» переменных программы, с другой, что все операторы и переменные Макроязыка (тех выражений в программе, которые адресованы Макропроцессору) в промежуточном ИМ уже отсутствуют и для дальнейших этапов обработки «не видны».

Так, если Макропроцессор заменил в программе некоторый текст A на текст B, то транслятор уже видит только текст B, и не знает, был этот текст написан программистом «своей рукой» или подставлен Макропроцессором.

2. Следующим этапом является трансляция.

Трансляция — преобразование программы, представленной на одном языке программирования, в программу на другом языке программирования, в определенном смысле равносильную первой.

Как правило, выходным языком транслятора является машинный язык целевой вычислительной системы (ВС).

Целевая ВС — та ВС, на которой программа будет выполняться.

Машинный язык — язык программирования, предназначенный для представления программы в форме, позволяющей выполнять ее непосредственно техническими средствами обработки информации.

Трансляторы — общее название для программ, осуществляющих трансляцию. Они подразделяются на Ассемблеры и Компиляторы — в зависимости от исходного языка программы, которую они обрабатывают. Ассемблеры работают с Автокодами или языками Ассемблера, Компиляторы — с языками высокого уровня.

Автокод — символьный язык программирования, предложения которого по своей структуре в основном подобны командам и обрабатываемым данным конкретного машинного языка.

Язык Ассемблера — язык программирования, который представляет собой символьную форму машинного языка с рядом возможностей, характерных для языка высокого уровня (обычно включает в себя макросредства).

Язык высокого уровня — язык программирования, понятия и структура которого удобны для восприятия человеком.

Объектный модуль — программный модуль, получаемый в результате трансляции исходного модуля.

Поскольку результатом трансляции является модуль на языке, близком к машинному, в нем уже не остается признаков того, на каком исходном языке был написан программный модуль. Это создает принципиальную возможность создавать программы из модулей, написанных на разных языках. Специфика исходного языка, однако, может сказываться на физическом представлении базовых типов данных, способах обращения к процедурам/функциям и т.п. Для совместимости разноязыковых модулей должны выдерживаться общие соглашения. Большая часть объектного модуля — команды и данные машинного языка именно в той форме, в какой они будут существовать во время выполнения программы.

Программа, как правило, состоит из нескольких модулей. Поскольку транслятор обрабатывает только один конкретный модуль, он не может нормально обработать те части этого модуля, в которых запрограммированы обращения к данным или процедурам, определенным в другом модуле. Такие обращения называются внешними ссылками. Те места в объектном модуле, где содержатся внешние ссылки, транслируются в некоторую промежуточную форму, подлежащую дальнейшей обработке.

Объектный модуль представляет собой программу на машинном языке с неразрешенными внешними ссылками.

3.Разрешение внешних ссылок выполняется на следующем этапе подготовки, который обеспечивается Редактором Связей (Компоновщиком). Редактор Связей соединяет вместе все объектные модули, входящие в программу. Поскольку Редактор Связей «видит» уже все компоненты программы, он имеет возможность обработать те места в объектных модулях, которые содержат внешние ссылки.

4. Результатом работы Редактора Связей является Загрузочный модуль.

Загрузочный модуль — программный модуль, представленный в форме, пригодной для загрузки в оперативную память.

Загрузочный модуль сохраняется в виде файла на внешней памяти. Для выполнения программа должна быть перенесена (загружена) в оперативную память. Иногда при этом требуется некоторая дополнительная обработка (например, настройка адресов в программе на ту область оперативной памяти, в которую программа загрузилась). Эта функция выполняется Загрузчиком, который обычно входит в состав операционной системы. Иногда редактирование связей выполняется при каждом запуске программы на выполнение и совмещается с загрузкой. Это делает Связывающий Загрузчик. Вариант связывания при запуске более расходный, т.к. затраты на связывание тиражируются при каждом запуске. Но он обеспечивает:

- большую гибкость в сопровождении, так как позволяет менять отдельные объектные модули программы, не меняя остальных модулей;

- экономию внешней памяти, т.к. объектные модули, используемые во многих программах не копируются в каждый загрузочный модуль, а хранятся в одном экземпляре.

Интерпретация — реализация смысла некоторого синтаксически законченного текста, представленного на конкретном языке.

Интерпретатор читает из исходного модуля очередное предложение программы, переводит его в машинный язык и выполняет. Все затраты на подготовку тиражируются при каждом выполнении, следовательно, интерпретируемая программа принципиально менее эффективна, чем транслируемая. Однако,интерпретация обеспечивает удобство разработки, гибкость в сопровождении и переносимость.

Не обязательно подготовка программы должна вестись на той же вычислительной системе и в той же операционной среде, в которых программа будет выполняться. Системы, обеспечивающие подготовку программ в среде, отличной от целевой называются кросс-системами.

В кросс-системе может выполняться вся подготовка или ее отдельные этапы:

- Макрообработка и трансляция

- Редактирование связей

- Отладка

Типовое применение кросс-систем — для тех случаев, когда целевая вычислительная среда не имеет ресурсов, необходимых для подготовки программ, например, встроенные системы. Программные средства, обеспечивающие отладку программы на целевой системе можно также рассматривать как частный случай кросс-системы.